(57)【要約】【課題】エッチング深さを制御できる光集積素子の製造方法及び結合効率の高い光集積素子を提供する。【解決手段】  基板１６の主面１６ａの第１の領域ｒ１上に設けられた半導体光素子３４と、第２の領域ｒ２上に設けられ半導体光素子３４と光学的に結合された半導体光素子５２とを備える光集積素子１０を製造する。基板１６の主面１６ａ上に、Ａｌ元素を含むIII−Ｖ族化合物半導体層１８を形成する。III−Ｖ族化合物半導体層１８上に、半導体光素子３４を形成するためのIII−Ｖ族化合物半導体層３４ｐを形成する。第１の領域ｒ１上にエッチングマスクＭを形成する。エッチングマスクＭを用いて、Ａｌ元素を検出しながらIII−Ｖ族化合物半導体層３４ｐをドライエッチングすることによってドライエッチングの終点を検出する。半導体光素子３４を形成する。第２の領域ｒ２上に半導体光素子５２を形成する。【選択図】図３
2007324474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の主面の第１の領域上に設けられた第１の半導体光素子と、前記基板の前記主面の第２の領域上に設けられ前記第１の半導体光素子と光学的に結合された第２の半導体光素子とを備える光集積素子の製造方法であって、
前記基板の前記主面上に、Ａｌ元素を含む第１のIII−Ｖ族化合物半導体層を形成する工程と、
前記第１のIII−Ｖ族化合物半導体層上に、前記第１の半導体光素子を形成するための第２のIII−Ｖ族化合物半導体層を形成する工程と、
前記第２のIII−Ｖ族化合物半導体層を形成した後、前記第１の領域上にエッチングマスクを形成する工程と、
前記エッチングマスクを用いて、前記第２のIII−Ｖ族化合物半導体層をドライエッチングすることにより、前記第１の半導体光素子を形成する工程と、
前記第１の半導体光素子を形成した後、前記第２の領域上に前記第２の半導体光素子を形成する工程と、
を含み、
前記第１の半導体光素子を形成する工程では、Ａｌ元素を検出しながらドライエッチングすることによってドライエッチングの終点を検出する、光集積素子の製造方法。
【請求項２】
前記第１の半導体光素子を形成する工程では、プラズマ発光スペクトルを用いてＡｌ元素を検出する、請求項１に記載の光集積素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１の半導体光素子を形成した後、前記第２の半導体光素子を形成する前に、前記エッチングマスクを用いて、前記第１のIII−Ｖ族化合物半導体層をウェットエッチングする工程を更に含む、請求項１又は２に記載の光集積素子の製造方法。
【請求項４】
前記第１のIII−Ｖ族化合物半導体層をウェットエッチングする工程では、前記第１のIII−Ｖ族化合物半導体層にサイドエッチを形成する、請求項３に記載の光集積素子の製造方法。
【請求項５】
前記基板はＩｎＰを含み、
前記第１のIII−Ｖ族化合物半導体層はＩｎｘＡｌ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光集積素子の製造方法。
【請求項６】
基板の主面の第１の領域上に設けられた第１の半導体光素子と、
前記基板の前記主面の第２の領域上に設けられ前記第１の半導体光素子と光学的に結合された第２の半導体光素子と、
前記基板と前記第１の半導体光素子との間に設けられＡｌ元素を含むIII−Ｖ族化合物半導体層と、
を備え、
前記III−Ｖ族化合物半導体層には回折格子が設けられている、光集積素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光集積素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザと、これに光学的に結合された光変調器とが基板上に設けられた光集積素子が知られている（特許文献１参照）。この光学的結合を実現するための構造には、バットジョイント構造がある。この構造は、以下のように形成される。まず、基板上に、ｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層を形成する。その後、半導体レーザを形成するための領域におけるｐ型クラッド層上にエッチングマスクを形成する。次いで、このエッチングマスクを用いて、光変調器を形成するための領域におけるｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層をドライエッチングにより取り除く。その後、光変調器を形成するための領域にｎ型クラッド層、吸収層及びｐ型クラッド層を成長する。
【特許文献１】特開平７−２６３６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述の方法では、ｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層をドライエッチングする時にエッチング深さを制御することが難しい。その結果、光集積素子を製造する際にロット間のエッチング深さのばらつきが大きくなる。このため、光変調器を形成するための領域に形成されるｎ型クラッド層の厚さを毎回調整しなければならない。また、エッチング深さのばらつきが大きいと、半導体レーザの活性層の高さ位置に光変調器の吸収層の高さ位置を合わせることが困難になる。その結果、半導体レーザと光変調器との光の結合効率が低下してしまう。
【０００４】
そこで本発明は、エッチング深さを制御できる光集積素子の製造方法及び結合効率の高い光集積素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の課題を解決するため、本発明の光集積素子の製造方法は、基板の主面の第１の領域上に設けられた第１の半導体光素子と、前記基板の前記主面の第２の領域上に設けられ前記第１の半導体光素子と光学的に結合された第２の半導体光素子とを備える光集積素子の製造方法であって、前記基板の前記主面上に、Ａｌ元素を含む第１のIII−Ｖ族化合物半導体層を形成する工程と、前記第１のIII−Ｖ族化合物半導体層上に、前記第１の半導体光素子を形成するための第２のIII−Ｖ族化合物半導体層を形成する工程と、前記第２のIII−Ｖ族化合物半導体層を形成した後、前記第１の領域上にエッチングマスクを形成する工程と、前記エッチングマスクを用いて、前記第２のIII−Ｖ族化合物半導体層をドライエッチングすることにより、前記第１の半導体光素子を形成する工程と、前記第１の半導体光素子を形成した後、前記第２の領域上に前記第２の半導体光素子を形成する工程とを含み、前記第１の半導体光素子を形成する工程では、Ａｌ元素を検出しながらドライエッチングすることによってドライエッチングの終点を検出する。
【０００６】
本発明の光集積素子の製造方法では、第１のIII−Ｖ族化合物半導体層がＡｌ元素を含むので、第２のIII−Ｖ族化合物半導体層をドライエッチングする際にＡｌ元素を検出することにより、ドライエッチングの終点を検出することができる。よって、エッチング深さを制御できる。
【０００７】
また、前記第１の半導体光素子を形成する工程では、プラズマ発光スペクトルを用いてＡｌ元素を検出することが好ましい。これにより、ドライエッチングする際のプラズマ状態に影響を与えずにＡｌ元素を検出することができる。
【０００８】
上記光集積素子の製造方法は、前記第１の半導体光素子を形成した後、前記第２の半導体光素子を形成する前に、前記エッチングマスクを用いて、前記第１のIII−Ｖ族化合物半導体層をウェットエッチングする工程を更に含むことが好ましい。
【０００９】
この場合、エッチング深さを、第１のIII−Ｖ族化合物半導体層と第２のIII−Ｖ族化合物半導体層との合計厚さに略等しくすることができる。
【００１０】
また、前記第１のIII−Ｖ族化合物半導体層をウェットエッチングする工程では、前記第１のIII−Ｖ族化合物半導体層にサイドエッチを形成することが好ましい。
【００１１】
サイドエッチを形成すると、第２の半導体光素子を形成する際に、第２の半導体光素子に含まれる結晶が第１の半導体光素子の側壁に沿って上方に異常成長することを抑制できる。その結果、第２の半導体光素子が第１の半導体光素子と光学的に好適に結合されるので、結合効率が向上する。
【００１２】
また、前記基板はＩｎＰを含み、前記第１のIII−Ｖ族化合物半導体層はＩｎｘＡｌ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）を含むことが好ましい。
【００１３】
この場合、第１のIII−Ｖ族化合物半導体層をエッチングする際に、選択比（ＩｎＰのエッチング速度とＩｎｘＡｌ１−ｘＡｓのエッチング速度との比）の高いエッチング液を用いることにより、基板に対して第１のIII−Ｖ族化合物半導体層を選択的にエッチングすることができる。よって、エッチング深さを高精度に制御できる。そのようなエッチング液としては、例えばクエン酸を含むもの等が挙げられる。
【００１４】
また、前記第１のIII−Ｖ族化合物半導体層には回折格子が設けられていることが好ましい。
【００１５】
この場合、基板の主面全体にわたって回折格子を形成することができるので、エッチングマスクや第１のIII−Ｖ族化合物半導体層の選択成長が不要になる。また、第１の半導体光素子を形成する前に回折格子を形成するので、回折格子の形成に失敗した場合でも第１の半導体光素子を剥離除去する必要がない。
【００１６】
本発明の光集積素子は、基板の主面の第１の領域上に設けられた第１の半導体光素子と、前記基板の前記主面の第２の領域上に設けられ前記第１の半導体光素子と光学的に結合された第２の半導体光素子と、前記基板と前記第１の半導体光素子との間に設けられＡｌ元素を含むIII−Ｖ族化合物半導体層とを備え、前記III−Ｖ族化合物半導体層には回折格子が設けられている。
【００１７】
本発明の光集積素子では、その製造の際に、第２の半導体光素子の高さ位置を第１の半導体光素子の高さ位置に合わせ易くなるので、第１の半導体光素子と第２の半導体光素子との光の結合効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、エッチング深さを制御できる光集積素子の製造方法及び結合効率の高い光集積素子が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
【００２０】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る光集積素子の一例を模式的に示す断面図である。図１に示される光集積素子１０は、基板１６の主面１６ａの第１の領域ｒ１上に設けられた第１の半導体光素子３４と、基板１６の主面１６ａの第２の領域ｒ２上に設けられた第２の半導体光素子５２とを備える。半導体光素子５２は、半導体光素子３４と光学的に結合されている。したがって、光集積素子１０はバットジョイント構造を有する。また、基板１６と半導体光素子３４との間には、Ａｌ元素を含むIII−Ｖ族化合物半導体層１８が設けられている。半導体光素子３４及び半導体光素子５２上には、それぞれ電極Ｅ１，Ｅ２が設けられている。基板１６の裏面上には、電極Ｅ３が設けられている。
【００２１】
基板１６は、基板本体１２と、基板本体１２上に設けられたバッファ層１４とを備える。基板１６は、例えばＩｎＰからなる。基板１６は、ＩｎＰ以外のIII−Ｖ族化合物半導体から構成されてもよい。一実施例において、基板本体１２はＳｎがドープされたｎ型のＩｎＰからなる。また、一実施例において、バッファ層１４は、Ｓｉがドープされたｎ型のＩｎＰからなり、バッファ層１４の厚さは５５０ｎｍであり、バッファ層１４のキャリア濃度は１．１×１０１８ｃｍ−３である。
【００２２】
半導体光素子３４は、III−Ｖ族化合物半導体層１８上に順に設けられた光閉じ込め層２０、活性層２６、光閉じ込め層２８、クラッド層３０及びキャップ層３２を備える。半導体光素子３４は、半導体レーザ、光増幅器又は光変調器であることが好ましい。半導体レーザとしては、例えば分布帰還型半導体レーザ（以下、「ＤＦＢ半導体レーザ」という。）等が挙げられる。光増幅器としては、例えば半導体光増幅器（SemiconductorOptical Amplifier：ＳＯＡ）等が挙げられる。光変調器としては、例えば電界吸収型光変調器（以下、「ＥＡ光変調器」という。）等が挙げられる。本実施形態において半導体光素子３４はＤＦＢ半導体レーザである。
【００２３】
光閉じ込め層２０，２８は、いずれも例えば分離閉じ込めヘテロ構造（SeparateConfinement Heterostructure：ＳＣＨ）のＳＣＨ層となる。光閉じ込め層２０，２８は、いずれもＧａＩｎＡｓＰ系材料からなることが好ましい。一実施例において、光閉じ込め層２０，２８のバンドギャップエネルギーを光の波長に換算するといずれも１１５０ｎｍであり、光閉じ込め層２０，２８の厚さはいずれも１００ｎｍである。本実施形態では、光閉じ込め層２８に回折格子２８ａが設けられている。
【００２４】
活性層２６は、複数の障壁層２２と複数の井戸層２４とが交互に配列された多重量子井戸構造（Multiple Quantum Well：ＭＱＷ）を有することが好ましい。活性層２６は、ＧａＩｎＡｓＰを含むことが好ましい。一実施例において、障壁層２２のバンドギャップエネルギーを光の波長に換算すると１２００ｎｍであり、障壁層２２の厚さは１０ｎｍである。また、一実施例において、井戸層２４のバンドギャップエネルギーを光の波長に換算すると１５５０ｎｍであり、井戸層２４の厚さは５ｎｍであり、井戸層２４は圧縮歪み１％を受けている。
【００２５】
クラッド層３０は、例えばＺｎがドープされたｐ型のＩｎＰからなる。一実施例において、クラッド層３０の厚さは２４０ｎｍであり、クラッド層３０のキャリア濃度は６．５×１０１７ｃｍ−３である。
【００２６】
キャップ層３２は、例えばＺｎがドープされたｐ型のＩｎＧａＡｓからなる。一実施例において、キャップ層３２の厚さは１００ｎｍであり、キャップ層３２のキャリア濃度は２．０×１０１７ｃｍ−３である。
【００２７】
半導体光素子５２は、基板１６上に順に設けられたバッファ層３６、光閉じ込め層３８、活性層４４、光閉じ込め層４６、クラッド層４８及びキャップ層５０を備える。半導体光素子５２は、半導体レーザ、光増幅器又は光変調器であることが好ましい。本実施形態において半導体光素子５２はＥＡ光変調器である。この場合、活性層４４は、例えば活性層２６から放出された光を吸収することができる。
【００２８】
バッファ層３６は、例えばＳｉがドープされたｎ型のＩｎＰからなる。一実施例において、バッファ層３６の厚さは５０ｎｍであり、バッファ層３６のキャリア濃度は６．５×１０１７ｃｍ−３である。クラッド層４８は、例えばＺｎがドープされたｐ型のＩｎＰからなる。一実施例において、クラッド層４８の厚さは１００ｎｍであり、クラッド層４８のキャリア濃度は６．５×１０１７ｃｍ−３である。
【００２９】
光閉じ込め層３８，４６は、いずれもＧａＩｎＡｓＰ系材料からなることが好ましい。一実施例において、光閉じ込め層３８，４６のバンドギャップエネルギーを光の波長に換算するといずれも１４００ｎｍであり、光閉じ込め層３８，４６の厚さはいずれも１０ｎｍである。
【００３０】
活性層４４は、複数の障壁層４０と複数の井戸層４２とが交互に配列された多重量子井戸構造を有することが好ましい。活性層４４は、ＧａＩｎＡｓＰを含むことが好ましい。一実施例において、障壁層４０のバンドギャップエネルギーを光の波長に換算すると１４００ｎｍであり、障壁層４０の厚さは１０ｎｍである。また、一実施例において、井戸層４２のバンドギャップエネルギーを光の波長に換算すると１５００ｎｍであり、井戸層４２の厚さは６ｎｍであり、井戸層４２は圧縮歪み１％を受けている。
【００３１】
III−Ｖ族化合物半導体層１８の構成材料は、光閉じ込め層２０の構成材料と異なっている。III−Ｖ族化合物半導体層１８は、Ａｌの他にＩｎ、Ｇａ、Ｐ及びＡｓのうち少なくとも一つを含んでもよい。III−Ｖ族化合物半導体層１８は、ＩｎｘＡｌ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）を含むことが好ましい。Ｉｎ組成ｘが０．５２の場合、ＩｎＰとＩｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓとは同じ格子定数を有する。この場合、Ｉｎ０．５２Ａｌ０．４８ＡｓのバンドギャップエネルギーはＩｎＰのバンドギャップエネルギーよりも大きくなる。また、III−Ｖ族化合物半導体層１８のバンドギャップエネルギーは、光閉じ込め層２０のバンドギャップエネルギーよりも大きいことが好ましい。このような場合、III−Ｖ族化合物半導体層１８は光閉じ込め層２０の光閉じ込め性に悪影響を与えない。一実施例において、III−Ｖ族化合物半導体層１８は、Ｓｉがドープされたｎ型のＩｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓからなり、III−Ｖ族化合物半導体層１８の厚さは５０ｎｍであり、III−Ｖ族化合物半導体層１８のキャリア濃度は１．１×１０１８ｃｍ−３である。
【００３２】
図２〜図４は、いずれも第１実施形態に係る光集積素子の製造方法の各工程を模式的に示す断面図である。以下、本実施形態に係る光集積素子の製造方法の一例として、光集積素子１０の製造方法について説明する。光集積素子１０は、以下の各工程を経ることによって好適に製造される。
【００３３】
（第１のIII−Ｖ族化合物半導体層形成工程）
まず、図２(ａ)に示されるように、基板１６の主面１６ａ上に第１のIII−Ｖ族化合物半導体層１８ｐを形成する。III−Ｖ族化合物半導体層１８ｐは、上述のIII−Ｖ族化合物半導体層１８を形成するためのものである。III−Ｖ族化合物半導体層１８ｐは、気相成長法を用いてエピタキシャル成長されることが好ましい。気相成長法としては、ＭＯＶＰＥ法が好適である。
【００３４】
（第２のIII−Ｖ族化合物半導体層形成工程）
次に、図２(ｂ)に示されるように、III−Ｖ族化合物半導体層１８ｐ上に、半導体光素子３４を形成するための第２のIII−Ｖ族化合物半導体層３４ｐを形成する。この場合、III−Ｖ族化合物半導体層１８ｐ及びIII−Ｖ族化合物半導体層３４ｐを一括して成長させることができる。III−Ｖ族化合物半導体層３４ｐの構成材料は、III−Ｖ族化合物半導体層１８ｐの構成材料と異なっている。III−Ｖ族化合物半導体層３４ｐは、気相成長法を用いてエピタキシャル成長されることが好ましい。III−Ｖ族化合物半導体層３４ｐは例えば以下のように形成される。III−Ｖ族化合物半導体層１８ｐ上に、III−Ｖ族化合物半導体層２０ｐ、III−Ｖ族化合物半導体層２６ｐ、III−Ｖ族化合物半導体層２８ｐ、III−Ｖ族化合物半導体層３０ｐ及びIII−Ｖ族化合物半導体層３２ｐをこの順に形成する。III−Ｖ族化合物半導体層２０ｐ、III−Ｖ族化合物半導体層２６ｐ、III−Ｖ族化合物半導体層２８ｐ、III−Ｖ族化合物半導体層３０ｐ及びIII−Ｖ族化合物半導体層３２ｐは、それぞれ、上述の光閉じ込め層２０、活性層２６、光閉じ込め層２８、クラッド層３０及びキャップ層３２を形成するためのものである。
【００３５】
III−Ｖ族化合物半導体層２６ｐは例えば以下のように形成される。III−Ｖ族化合物半導体層２０ｐ上に、上述の障壁層２２を形成するためのIII−Ｖ族化合物半導体層２２ｐと、上述の井戸層２４を形成するためのIII−Ｖ族化合物半導体層２４ｐとを複数交互に形成する。
【００３６】
III−Ｖ族化合物半導体層２８ｐには、上述の回折格子２８ａを形成するための回折格子２８ａｐが形成されている。回折格子２８ａｐは、例えばIII−Ｖ族化合物半導体層の表面をエッチングすることにより形成される。通常、III−Ｖ族化合物半導体層２８ｐの母体となるIII−Ｖ族化合物半導体層を成長させた後、回折格子２８ａｐを形成し、その後、III−Ｖ族化合物半導体層３０ｐ，３２ｐをこの順に成長させる。
【００３７】
（エッチングマスク形成工程）
次に、図３(ａ)に示されるように、基板１６の主面１６ａにおける第１の領域ｒ１上にエッチングマスクＭを形成する。エッチングマスクＭは、III−Ｖ族化合物半導体層３４ｐ上に形成される。エッチングマスクＭは、例えばフォトリソグラフィー法を用いて絶縁層をパターニングすることにより形成される。エッチングマスクＭはＳｉＯ２からなり、エッチングマスクＭの厚さは２００ｎｍである。
【００３８】
（第１の半導体光素子形成工程）
次に、図３(ｂ)に示されるように、エッチングマスクＭを用いて、III−Ｖ族化合物半導体層３４ｐをプラズマＰによりドライエッチングすることにより、半導体光素子３４を形成する。ドライエッチングとしては反応性イオンエッチング（ReactiveIon Etching：ＲＩＥ）が好ましい。エッチングガスとしては、例えばＣＨ４ガスとＨ２ガスとの混合ガス、又はＨＢｒガス等を好適に用いることができる。ＨＢｒガスを用いると、ＩｎＡｌＡｓに対してＧａＩｎＡｓＰを選択的にドライエッチングすることができるので、III−Ｖ族化合物半導体層１８ｐをエッチングストップ層とすることができる。一実施例において、ＣＨ４ガス及びＨ２ガスの流量はいずれも２５ｓｃｃｍであり、ＲＦパワーは１００Ｗであり、エッチング深さは約０．８μｍである。
【００３９】
この工程では、プラズマＰ中のＡｌ元素を検出しながらドライエッチングすることによってドライエッチングの終点を検出する。具体的には、プラズマモニタＰＭによってプラズマＰの発光Ｌを分光し、得られるプラズマ発光スペクトルを用いてＡｌ元素を検出することが好ましい。例えば、Ａｌ元素が検出されたときに、ドライエッチングの終点に到達したと判断することができる。プラズマ発光スペクトルを用いることにより、ドライエッチングする際のプラズマ状態に影響を与えずにＡｌ元素を検出することができる。
【００４０】
（ウェットエッチング工程）
次に、図４(ａ)に示されるように、エッチングマスクＭを用いて、III−Ｖ族化合物半導体層１８ｐをウェットエッチングすることが好ましい。これにより、上述のIII−Ｖ族化合物半導体層１８が形成される。この場合、例えばドライエッチングにより形成されるIII−Ｖ族化合物半導体層１８ｐのダメージ領域（結晶性の低下した領域）を除去することができると共に、基板１６の主面１６ａにダメージを与えないようにIII−Ｖ族化合物半導体層１８ｐをエッチングすることができる。その結果、後述する第２の半導体光素子形成工程において形成される半導体光素子５２の構成材料の結晶性を向上させることができる。
【００４１】
（第２の半導体光素子形成工程）
次に、図４(ｂ)に示されるように、基板１６の主面１６ａにおける第２の領域ｒ２上に半導体光素子５２を形成する。半導体光素子５２は例えば以下のように形成される。第２の領域ｒ２上に、バッファ層３６、光閉じ込め層３８、活性層４４、光閉じ込め層４６、クラッド層４８及びキャップ層５０をこの順に形成する。活性層４４は例えば以下のように形成される。光閉じ込め層３８上に、複数の障壁層４０と複数の井戸層４２とを交互に形成する。バッファ層３６、光閉じ込め層３８、活性層４４、光閉じ込め層４６、クラッド層４８及びキャップ層５０は、気相成長法を用いてエピタキシャル成長されることが好ましい。
【００４２】
その後、エッチングマスクＭを剥離除去した後、半導体光素子３４及び半導体光素子５２上に、それぞれ電極Ｅ１，Ｅ２を形成する。また、基板１６の裏面上に電極Ｅ３を形成する。
【００４３】
以上のようにして、光集積素子１０は製造される。本実施形態の製造方法では、III−Ｖ族化合物半導体層１８ｐがＡｌ元素を含むので、III−Ｖ族化合物半導体層３４ｐをドライエッチングする際にＡｌ元素を検出することにより、ドライエッチングの終点を検出することができる。Ａｌ元素は、例えばプラズマモニタＰＭにより検出される。よって、III−Ｖ族化合物半導体層３４ｐをエッチングする際のエッチング深さを制御できる。また、III−Ｖ族化合物半導体層３４ｐをＭＯＶＰＥ法で成長させる場合には、III−Ｖ族化合物半導体層３４ｐの厚さを高精度に制御することができるので、エッチング深さも高精度に制御できる。エッチング深さを制御することが可能になると、光集積素子１０を製造する際にロット間のエッチング深さのばらつきを低減することができるので、製造歩留まりを向上させることができる。
【００４４】
また、本実施形態の製造方法を用いると、活性層４４の主面１６からの高さ位置を、活性層２６の主面１６からの高さ位置に合わせ易くなる。その結果、半導体光素子３４と半導体光素子５２との光の結合効率を向上させることができるので、結合効率の高い光集積素子１０が得られる。さらに、半導体光素子５２を形成する前に段差測定を行う必要がなくなるので、光集積素子１０の製造工程が簡略化されると共に製造コストを低減できる。
【００４５】
また、エッチングマスクＭを用いてIII−Ｖ族化合物半導体層１８ｐをウェットエッチングすることにより、たとえIII−Ｖ族化合物半導体層３４ｐをオーバーエッチングしたとしても、トータルのエッチング深さを、III−Ｖ族化合物半導体層１８ｐとIII−Ｖ族化合物半導体層３４ｐとの合計厚さに略等しくすることができる。また、III−Ｖ族化合物半導体層１８ｐをウェットエッチングすることにより、基板１６の主面１６ａに与えるダメージを抑制することができる。
【００４６】
また、基板１６がＩｎＰを含み、III−Ｖ族化合物半導体層１８ｐがＩｎｘＡｌ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）を含むことが好ましい。この場合、III−Ｖ族化合物半導体層１８ｐをエッチングする際に、選択比（ＩｎＰのエッチング速度とＩｎｘＡｌ１−ｘＡｓのエッチング速度との比）の高いエッチング液を用いることにより、III−Ｖ族化合物半導体層１８ｐを選択的にエッチングすることができる。したがって、エッチング時間を厳密に管理しなくても基板１６までエッチングせずにIII−Ｖ族化合物半導体層１８ｐを除去することができる。このようなエッチング液としては、例えばクエン酸を含むもの等が挙げられる。
【００４７】
［第２実施形態］
図５は、第２実施形態に係る光集積素子の一例を模式的に示す断面図である。図２に示される光集積素子１１０は、基板１６の主面１６ａの第１の領域ｒ１上に設けられた第１の半導体光素子１３４と、基板１６の主面１６ａの第２の領域ｒ２上に設けられた第２の半導体光素子１５２とを備える。半導体光素子１５２は、半導体光素子１３４と光学的に結合されている。したがって、光集積素子１１０はバットジョイント構造を有する。また、基板１６と半導体光素子１３４との間には、Ａｌ元素を含むIII−Ｖ族化合物半導体層１１８が設けられている。半導体光素子１３４及び半導体光素子１５２上には、それぞれ電極Ｅ１，Ｅ２が設けられている。基板１６の裏面上には、電極Ｅ３が設けられている。
【００４８】
半導体光素子１３４は、III−Ｖ族化合物半導体層１１８上に順に設けられた光閉じ込め層１２０、活性層２６、光閉じ込め層１２８、クラッド層１３０及びキャップ層３２を備える。半導体光素子１３４は、半導体レーザ、光増幅器又は光変調器であることが好ましい。本実施形態において半導体光素子１３４はＤＦＢ半導体レーザである。
【００４９】
光閉じ込め層１２０，１２８としては、それぞれ光閉じ込め層２０，２８と同様の構成を有するものが挙げられる。また、クラッド層１３０としては、クラッド層３０と同様の構成を有するものが挙げられる。
【００５０】
半導体光素子１５２は、基板１６上に順に設けられたバッファ層１３６、光閉じ込め層３８、活性層４４、光閉じ込め層４６、クラッド層４８及びキャップ層５０を備える。半導体光素子１５２は、半導体レーザ、光増幅器又は光変調器であることが好ましい。本実施形態において半導体光素子１５２はＥＡ光変調器である。また、バッファ層１３６としては、バッファ層３６と同様の構成を有するものが挙げられる。
【００５１】
III−Ｖ族化合物半導体層１１８の構成材料は、光閉じ込め層１２０の構成材料と異なっている。III−Ｖ族化合物半導体層１１８としては、III−Ｖ族化合物半導体層１８と同様の構成を有するものが挙げられる。本実施形態において、III−Ｖ族化合物半導体層１１８には回折格子１１８ａが設けられている。回折格子１１８ａは、III−Ｖ族化合物半導体層１１８と光閉じ込め層１２０との間に設けられている。一実施例において、回折格子１１８ａの周期は２４２ｎｍである。また、III−Ｖ族化合物半導体層１１８には必要に応じてサイドエッチＳＥが形成されている。
【００５２】
上述のように、光集積素子１１０は、回折格子１１８ａが設けられＡｌ元素を含むIII−Ｖ族化合物半導体層１１８を備える。光集積素子１１０を製造する際に、半導体光素子１３４の高さ位置に、半導体光素子１５２の高さ位置を合わせ易くなる。よって、半導体光素子１３４と半導体光素子１５２との光の結合効率を向上させることができる。
【００５３】
さらに、例えば、III−Ｖ族化合物半導体層１１８がＩｎｘＡｌ１−ｘＡｓからなり、且つ、光閉じ込め層１２８がＩｎＰ系材料からなる場合、III−Ｖ族化合物半導体層１１８の屈折率が光閉じ込め層１２８の屈折率よりも小さくなる。その結果、III−Ｖ族化合物半導体層１１８の屈折率と光閉じ込め層１２８の屈折率との差が大きくなるので、回折格子１１８ａの回折効率を高くすることができる。
【００５４】
図６〜図８は、いずれも第２実施形態に係る光集積素子の製造方法の各工程を模式的に示す断面図である。以下、本実施形態に係る光集積素子の製造方法の一例として、光集積素子１１０の製造方法について説明する。光集積素子１１０は、以下の各工程を経ることによって好適に製造される。
【００５５】
（第１のIII−Ｖ族化合物半導体層形成工程）
まず、図６(ａ)及び図６(ｂ)に示されるように、基板１６の主面１６ａ上に第１のIII−Ｖ族化合物半導体層１１８ｐを形成する。III−Ｖ族化合物半導体層１１８ｐには、上述の回折格子１１８ａを形成するための回折格子１１８ａｐが設けられている。III−Ｖ族化合物半導体層１１８ｐは、上述のIII−Ｖ族化合物半導体層１１８を形成するためのものである。III−Ｖ族化合物半導体層１１８ｐは、例えば以下のように形成される。まず、図６(ａ)に示されるように、基板１６の主面１６ａ上にIII−Ｖ族化合物半導体層１１８ｑを形成する。続いて、図６(ｂ)に示されるように、III−Ｖ族化合物半導体層１１８ｑの表面をエッチングすることにより、回折格子１１８ａｐが設けられたIII−Ｖ族化合物半導体層１１８ｐを形成する。III−Ｖ族化合物半導体層１１８ｐは、気相成長法を用いてエピタキシャル成長されることが好ましい。
【００５６】
（第２のIII−Ｖ族化合物半導体層形成工程）
次に、図６(ｃ)に示されるように、III−Ｖ族化合物半導体層１１８ｐ上に、半導体光素子１３４を形成するための第２のIII−Ｖ族化合物半導体層１３４ｐを形成する。III−Ｖ族化合物半導体層１３４ｐの構成材料は、III−Ｖ族化合物半導体層１１８ｐの構成材料と異なっている。III−Ｖ族化合物半導体層１３４ｐは、気相成長法を用いてエピタキシャル成長されることが好ましい。III−Ｖ族化合物半導体層１３４ｐは例えば以下のように形成される。III−Ｖ族化合物半導体層１１８ｐ上に、III−Ｖ族化合物半導体層１２０ｐ、III−Ｖ族化合物半導体層２６ｐ、III−Ｖ族化合物半導体層１２８ｐ、III−Ｖ族化合物半導体層１３０ｐ及びIII−Ｖ族化合物半導体層３２ｐをこの順に形成する。III−Ｖ族化合物半導体層１２０ｐ、III−Ｖ族化合物半導体層１２８ｐ及びIII−Ｖ族化合物半導体層１３０ｐは、それぞれ、上述の光閉じ込め層１２０、光閉じ込め層１２８及びクラッド層１３０を形成するためのものである。
【００５７】
（エッチングマスク形成工程）
次に、図７(ａ)に示されるように、基板１６の主面１６ａにおける第１の領域ｒ１上にエッチングマスクＭを形成する。エッチングマスクＭは、III−Ｖ族化合物半導体層１３４ｐ上に形成される。
【００５８】
（第１の半導体光素子形成工程）
次に、図７(ｂ)に示されるように、エッチングマスクＭを用いて、III−Ｖ族化合物半導体層１３４ｐをプラズマＰによりドライエッチングすることにより、半導体光素子１３４を形成する。ドライエッチングとしては反応性イオンエッチングが好ましい。エッチングガスとしては、例えばＣＨ４ガスとＨ２ガスとの混合ガス、又はＨＢｒガス等を好適に用いることができる。ＨＢｒガスを用いると、ＩｎＡｌＡｓに対してＧａＩｎＡｓＰを選択的にドライエッチングすることができるので、III−Ｖ族化合物半導体層１１８ｐをエッチングストップ層とすることができる。
【００５９】
この工程では、プラズマＰ中のＡｌ元素を検出しながらドライエッチングすることによってドライエッチングの終点を検出する。具体的には、プラズマモニタＰＭによってプラズマＰの発光Ｌを分光し、得られるプラズマ発光スペクトルを用いてＡｌ元素を検出することが好ましい。例えば、Ａｌ元素が検出されたときに、ドライエッチングの終点に到達したと判断することができる。プラズマ発光スペクトルを用いることにより、ドライエッチングする際のプラズマ状態に影響を与えずにＡｌ元素を検出することができる。
【００６０】
（エッチング工程）
次に、図８(ａ)に示されるように、エッチングマスクＭを用いて、III−Ｖ族化合物半導体層１１８ｐをエッチングすることが好ましい。これにより、上述のIII−Ｖ族化合物半導体層１１８が形成される。III−Ｖ族化合物半導体層１１８ｐはウェットエッチングされることが好ましい。この場合、例えばドライエッチングにより形成されるIII−Ｖ族化合物半導体層１１８ｐのダメージ領域を除去することができると共に、基板１６の主面１６ａにダメージを与えないようにIII−Ｖ族化合物半導体層１１８ｐをエッチングすることができる。その結果、後述する第２の半導体光素子形成工程において形成される半導体光素子１５２の構成材料の結晶性を向上させることができる。
【００６１】
また、III−Ｖ族化合物半導体層１１８ｐにサイドエッチングＳＥを形成することが好ましい。サイドエッチングＳＥは、III−Ｖ族化合物半導体層１１８ｐをウェットエッチングする際にオーバーエッチングすることにより好適に形成される。
【００６２】
（第２の半導体光素子形成工程）
次に、図８(ｂ)に示されるように、基板１６の主面１６ａにおける第２の領域ｒ２上に半導体光素子１５２を形成する。半導体光素子１５２は例えば以下のように形成される。第２の領域ｒ２上に、バッファ層１３６、光閉じ込め層３８、活性層４４、光閉じ込め層４６、クラッド層４８及びキャップ層５０をこの順に形成する。バッファ層１３６は、気相成長法を用いてエピタキシャル成長されることが好ましい。
【００６３】
その後、エッチングマスクＭを剥離除去した後、半導体光素子１３４及び半導体光素子１５２上に、それぞれ電極Ｅ１，Ｅ２を形成する。また、基板１６の裏面上に電極Ｅ３を形成する。
【００６４】
以上のようにして、光集積素子１１０は製造される。本実施形態の製造方法では、III−Ｖ族化合物半導体層１１８ｐがＡｌ元素を含むので、III−Ｖ族化合物半導体層１３４ｐをエッチングする際にＡｌ元素を検出することにより、エッチングの終点を検出することができる。また、III−Ｖ族化合物半導体層１３４ｐをＭＯＶＰＥ法で成長させる場合には、III−Ｖ族化合物半導体層１３４ｐの厚さを高精度に制御することができるので、エッチング深さも高精度に制御できる。エッチング深さを制御することが可能になると、光集積素子１１０を製造する際にロット間のエッチング深さのばらつきを低減することができるので、製造歩留まりを向上させることができる。
【００６５】
また、本実施形態の製造方法を用いると、第１実施形態と同様に、半導体光素子１３４と半導体光素子１５２との光の結合効率を向上させることができるので、結合効率の高い光集積素子１１０が得られる。さらに、半導体光素子１５２を形成する前に段差測定を行う必要がなくなるので、光集積素子１１０の製造工程が簡略化されると共に製造コストを低減できる。
【００６６】
また、エッチングマスクＭを用いてIII−Ｖ族化合物半導体層１１８ｐをエッチングすることにより、エッチング深さを制御できる。また、III−Ｖ族化合物半導体層１１８ｐをウェットエッチングすることにより、基板１６の主面１６ａに与えるダメージを抑制することができる。
【００６７】
また、基板１６がＩｎＰを含み、III−Ｖ族化合物半導体層１１８ｐがＩｎｘＡｌ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）を含むことが好ましい。この場合、III−Ｖ族化合物半導体層１１８ｐをエッチングする際に、選択比（ＩｎＰのエッチング速度とＩｎｘＡｌ１−ｘＡｓのエッチング速度との比）の高いエッチング液を用いることにより、III−Ｖ族化合物半導体層１１８ｐを選択的にエッチングすることができる。したがって、エッチング時間を厳密に管理しなくても基板１６までエッチングせずにIII−Ｖ族化合物半導体層１１８ｐを除去することができる。このようなエッチング液としては、例えばクエン酸を含むもの等が挙げられる。
【００６８】
本実施形態では、上記エッチング工程においてIII−Ｖ族化合物半導体層１１８ｐにサイドエッチＳＥを形成する。このため、半導体光素子１５２を形成する際に、半導体光素子１３４と半導体光素子１５２との界面ＢＳに沿って、半導体光素子１５２の活性層４４の端部４４ｅが半導体光素子１３４の活性層２６の端部２６ｅよりも上方に曲がるように結晶が異常成長することを抑制できる。その結果、半導体光素子１５２の活性層４４の端部４４ｅが半導体光素子１３４の活性層２６の端部２６ｅと好適に接続されるので、結合効率が向上する。
【００６９】
さらに、本実施形態では、III−Ｖ族化合物半導体層１１８ｐに回折格子１１８ａｐが設けられている。この場合、基板１６の主面１６ａ全体にわたって回折格子１１８ａｐを形成することができるので、エッチングマスクやIII−Ｖ族化合物半導体層１１８ｐの選択成長が不要になる。また、半導体光素子１３４を形成する前に回折格子１１８ａｐを形成するので、回折格子１１８ａｐの形成に失敗した場合でも半導体光素子１３４を剥離除去する必要がない。また、半導体光素子１３４を形成する前に回折格子１１８ａｐを形成すると、III−Ｖ族化合物半導体層１３４ｐをエッチングする際のエッチング深さを制御し易くなる。
【００７０】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。
【００７１】
例えば、半導体光素子３４，５２の一方が半導体レーザであり他方が光増幅器であってもよいし、半導体光素子３４，５２の一方が光変調器であり他方が光増幅器であってもよい。
【００７２】
また、光集積素子１０において、III−Ｖ族化合物半導体層１８に回折格子が設けられていてもよいし、III−Ｖ族化合物半導体層１８にサイドエッチが形成されていてもよい。さらに、光集積素子１１０において、サイドエッチＳＥが形成されていなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】図１は、第１実施形態に係る光集積素子の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る光集積素子の製造方法の各工程を模式的に示す断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る光集積素子の製造方法の各工程を模式的に示す断面図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る光集積素子の製造方法の各工程を模式的に示す断面図である。
【図５】図５は、第２実施形態に係る光集積素子の一例を模式的に示す断面図である。
【図６】図６は、第２実施形態に係る光集積素子の製造方法の各工程を模式的に示す断面図である。
【図７】図７は、第２実施形態に係る光集積素子の製造方法の各工程を模式的に示す断面図である。
【図８】図８は、第２実施形態に係る光集積素子の製造方法の各工程を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０，１１０…光集積素子、１６…基板、１６ａ…基板の主面、１８，１１８…III−Ｖ族化合物半導体層、１８ｐ，１１８ｐ…第１のIII−Ｖ族化合物半導体層、３４，１３４…第１の半導体光素子、３４ｐ，１３４ｐ…第２のIII−Ｖ族化合物半導体層、５２，１５２…第２の半導体光素子、１１８ａ，１１８ａｐ…回折格子、Ｌ…発光、Ｍ…エッチングマスク、Ｐ…プラズマ、ＰＭ…プラズマモニタ、ｒ１…第１の領域、ｒ２…第２の領域、ＳＥ…サイドエッチ。
【図１】
2007324474.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007324474.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2007324474.tif 000008
【図７】
2007324474.tif 000009
【図８】
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